CN102701243A - 一种原位合成方镁石-镁铝尖晶石复相材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原位合成方镁石-镁铝尖晶石复相材料的方法。首先用共沉淀法合成层状双氢氧化物；将得到的层状双氢氧化物于450～550℃焙烧2～5小时，得到混合金属氧化物。将得到的混合金属氧化物放入1.2mol/L的硝酸钠溶液中，磁力搅拌2～5小时重构获得层状双氢氧化物。重复重构3～5次，得到多次重构层状双氢氧化物；将得到的多次重构层状双氢氧化物于800～1100℃焙烧2～5小时得到方镁石-镁铝尖晶石复相粉体材料；得到的复相粉体材料于65MPa干压80秒成型，烧结2小时，所述化学原料纯度均为化学纯以上纯度。本发明合成温度较低，有利于降低能耗，节省成本；合成的方镁石-镁铝尖晶石复相材料烧结体的体积密度3.4～3.45g/cm3。
Description
技术领域
本发明涉及一种以粘土矿物为前体原位合成尖晶石复相材料的方法，特别涉及一种以层状双氢氧化物为前体原位合成方镁石-镁铝尖晶石复相材料的方法。
背景技术
镁铝尖晶石（MgAl2O4）具有高熔点、高硬度、高抗热震性能、耐腐蚀、耐磨、热膨胀系数小等优点,作为重要的结构陶瓷材料之一广泛应用在冶金、化学及航空航天、军事、原子能等领域。另外，镁铝尖晶石具有优良的光学性能、抗辐照性能、耐高温抗腐蚀性能、优良的电绝缘性、化学稳定性,已成为一种重要的功能材料。自然界镁铝尖晶石蕴藏量较少，无法满足工业应用的需求，目前工业上应用的镁铝尖晶石大多是人工合成的，其合成方法主要有固相反应合成法、化学沉淀法、溶剂蒸发法、水热合成法、溶胶凝胶法等。这些方法合成的尖晶石或者合成温度高，或者需要特殊的设备才能实现。
从矿物合成反应的机理和本质分析，降低合成反应温度、提高反应效率的关键是提高反应物的反应活性、改善反应物之间的高度分散混合和接触关系。如果能实现反应物之间在分子水平的分散和接触，对于降低合成反应温度、提高反应物及其产物的活性及反应效率、控制产物的结构特征等都具有十分重要的意义。以阴离子粘土矿物为前体的原位合成方法，由于晶格定位效应的制约作用，可以实现反应物金属离子的高度分散和在分子水平的接触，为温和条件下合成镁铝尖晶石创造条件。
另外，固相反应合成法得到的尖晶石聚集再结晶能力弱、致密烧结比较困难。添加烧结助剂是常用的促进致密烧结的方法。有关研究表明，镁铝尖晶石(MgAl2O4)中适当过量的氧化镁有利于实现尖晶石的致密烧结，其中的方镁石可以起到控制颗粒边界运动的作用而提高烧结体的致密度（Mohapatra et al, 2007）。在以层状双氢氧化物为前体合成镁铝尖晶石的过程中，利用MgAl-LDH 层板金属离子配比的可调节性，可以控制合成产物呈现适量的富MgO状态，从而提高镁铝尖晶石的致密烧结特性。
目前以层状双氢氧化物为前体原位合成方镁石-镁铝尖晶石复合材料的研究未见报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有镁铝尖晶石合成方法的有关问题，提供一种以层状双氢氧化物MgAl-LDH为前体，通过低温焙烧—插层重构—原位合成方镁石-镁铝尖晶石复相材料的方法。
具体步骤为：
(1) 将摩尔比为2.5~4:1的硝酸镁和硝酸铝一起溶于经煮沸10分钟的去离子水中，配制成为硝酸镁和硝酸铝的混合盐溶液；取硝酸钠溶于经煮沸10分钟的去离子水配制成为摩尔浓度为1.2mol/L的硝酸钠溶液；取氢氧化钠溶于经煮沸10分钟的去离子水配制成浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液；
(2)将步骤(1)配制的混合盐溶液和氢氧化钠溶液用双滴定法滴入步骤(1)配制的硝酸钠溶液中，不断搅拌，控制混合溶液pH值为10±0.5，温度为60℃，滴定结束后，所制得混合溶液在60℃老化24小时，制得中间产物；
(3)将步骤(2)制得的中间产物过滤, 用经煮沸10分钟且与步骤(2)所制得的混合溶液等体积的去离子水洗涤10~15次，在真空干燥箱中于70℃干燥24小时，即制得层状双氢氧化物；
(4)将步骤(3)制得的层状双氢氧化物于450~550℃焙烧2~5小时，即制得混合金属氧化物；
(5)将步骤(4)制得的混合金属氧化物放入步骤(1)制得的1.2mol/L的硝酸钠溶液中，磁力搅拌2~5小时重构获得层状双氢氧化物；
(6)重复步骤(4)和步骤(5)3~5次，即制得多次重构层状双氢氧化物；
(7)将步骤(6)制得的多次重构层状双氢氧化物于800~1100℃焙烧2~5小时即制得方镁石-镁铝尖晶石复相粉体材料；
(8)将步骤(7)制得的方镁石-镁铝尖晶石复相粉体材料于65MPa干压80秒成型，然后在马弗炉中于1300~1400℃空气气氛中烧结2小时，即制得方镁石-镁铝尖晶石复相材料；
所述的硝酸镁、硝酸铝、硝酸钠和氢氧化钠均为化学纯以上纯度。
本发明的优点：
(1)本发明在较低温度下合成方镁石-镁铝尖晶石复相粉体，有利于降低能耗，节省生产成本；
(2)合成的方镁石-镁铝尖晶石复相粉体有利于镁铝尖晶石的致密烧结。
具体实施方式
实施例1：
(1) 将摩尔比为3:1的硝酸镁和硝酸铝一起溶于经煮沸10分钟的去离子水中，配制成为硝酸镁和硝酸铝的混合盐溶液；取硝酸钠溶于经煮沸10分钟的去离子水配制成为摩尔浓度为1.2mol/L的硝酸钠溶液；取氢氧化钠溶于经煮沸10分钟的去离子水配制成浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液；
(2)将步骤(1)配制的混合盐溶液和氢氧化钠溶液用双滴定法滴入步骤(1)配制的硝酸钠溶液中，不断搅拌，控制混合溶液pH值为10，温度为60℃，滴定结束后，所制得混合溶液在60℃老化24小时，制得中间产物；
(3)将步骤(2)制得的中间产物过滤, 用经煮沸10分钟且与步骤(2)所制得的混合溶液等体积的去离子水洗涤10次，在真空干燥箱中于70℃干燥24小时，即制得层状双氢氧化物；
(4)将步骤(3)制得的层状双氢氧化物于500℃焙烧2小时，即制得混合金属氧化物；
(5)将步骤(4)制得的混合金属氧化物放入步骤(1)制得的1.2mol/L的硝酸钠溶液中，磁力搅拌2小时重构获得层状双氢氧化物；
(6)重复步骤(4)和步骤(5)4次，即制得多次重构层状双氢氧化物；
(7)将步骤(6)制得的多次重构层状双氢氧化物于1000℃焙烧2小时即制得方镁石-镁铝尖晶石复相粉体材料；
(8)将步骤(7)制得的方镁石-镁铝尖晶石复相粉体材料于65MPa干压80秒成型，然后在马弗炉中于1350℃空气气氛中烧结2小时，即制得方镁石-镁铝尖晶石复相材料。所制得镁石-镁铝尖晶石复相材料烧结体的体积密度为3.40 g/cm3；
所述的硝酸镁、硝酸铝、硝酸钠和氢氧化钠均为化学纯。
实施例2：
(1) 将摩尔比为4:1的硝酸镁和硝酸铝一起溶于经煮沸10分钟的去离子水中，配制成为硝酸镁和硝酸铝的混合盐溶液；取硝酸钠溶于经煮沸10分钟的去离子水配制成为摩尔浓度为1.2mol/L的硝酸钠溶液；取氢氧化钠溶于经煮沸10分钟的去离子水配制成浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液；
(2)将步骤(1)配制的混合盐溶液和氢氧化钠溶液用双滴定法滴入步骤(1)配制的硝酸钠溶液中，不断搅拌，控制混合溶液pH值为10，温度为60℃，滴定结束后，所制得混合溶液在60℃老化24小时，制得中间产物；
(3)将步骤(2)制得的中间产物过滤, 用经煮沸10分钟且与步骤(2)所制得的混合溶液等体积的去离子水洗涤10次，在真空干燥箱中于70℃干燥24小时，即制得层状双氢氧化物；
(4)将步骤(3)制得的层状双氢氧化物于450℃焙烧2小时，即制得混合金属氧化物；
(5)将步骤(4)制得的混合金属氧化物放入步骤(1)制得的1.2mol/L的硝酸钠溶液中，磁力搅拌3小时重构获得层状双氢氧化物；
(6)重复步骤(4)和步骤(5)4次，即制得多次重构层状双氢氧化物；
(7)将步骤(6)制得的多次重构层状双氢氧化物于1100℃焙烧2小时即制得方镁石-镁铝尖晶石复相粉体材料；
(8)将步骤(7)制得的方镁石-镁铝尖晶石复相粉体材料于65MPa干压80秒成型，然后在马弗炉中于1400℃空气气氛中烧结2小时，即制得方镁石-镁铝尖晶石复相材料。所制得镁石-镁铝尖晶石复相材料烧结体的体积密度为3.45 g/cm3；
所述的硝酸镁、硝酸铝、硝酸钠和氢氧化钠均为化学纯。
Claims (1)
1.一种合成方镁石-镁铝尖晶石复相材料的方法，其特征在于具体步骤为：
(1)将摩尔比为2.5~4:1的硝酸镁和硝酸铝一起溶于经煮沸10分钟的去离子水中，配制成为硝酸镁和硝酸铝的混合盐溶液；取硝酸钠溶于经煮沸10分钟的去离子水配制成为摩尔浓度为1.2mol/L的硝酸钠溶液；取氢氧化钠溶于经煮沸10分钟的去离子水配制成浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液；
(2)将步骤(1)配制的混合盐溶液和氢氧化钠溶液用双滴定法滴入步骤(1)配制的硝酸钠溶液中，不断搅拌，控制混合溶液pH值为10±0.5，温度为60℃，滴定结束后，所制得混合溶液在60℃老化24小时，制得中间产物；
(3)将步骤(2)制得的中间产物过滤, 用经煮沸10分钟且与步骤(2)所制得的混合溶液等体积的去离子水洗涤10~15次，在真空干燥箱中于70℃干燥24小时，即制得层状双氢氧化物；
(4)将步骤(3)制得的层状双氢氧化物于450~550℃焙烧2~5小时，即制得混合金属氧化物；
(5)将步骤(4)制得的混合金属氧化物放入步骤(1)制得的1.2mol/L的硝酸钠溶液中，磁力搅拌2~5小时重构获得层状双氢氧化物；
(6)重复步骤(4)和步骤(5)3~5次，即制得多次重构层状双氢氧化物；
(7)将步骤(6)制得的多次重构层状双氢氧化物于800~1100℃焙烧2~5小时即制得方镁石-镁铝尖晶石复相粉体材料；
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所述的硝酸镁、硝酸铝、硝酸钠和氢氧化钠均为化学纯以上纯度。
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